不同载荷下3种固定方式治疗胫骨平台后外侧骨折的有限元分析

目的探索不同轴向载荷下3种固定方式(外侧钢板螺钉组、后侧钢板螺钉组、前后拉力螺钉组)治疗胫骨平台后外侧骨折的生物力学特性差异。方法利用胫骨平台CT图片的相关数据建立胫骨平台后外侧1/2和1/4骨折3种固定方式的实体模型,进行网格划分。分析不同轴向载荷作用下,3种固定方式治疗胫骨平台后外侧1/2和1/4骨折模型的受力状况。结果 1 k N轴向载荷下,对于1/2骨折固定模型,外侧钢板螺钉组、后侧钢板螺钉组、前后拉力螺钉组骨折块的位移分别为552.082、67.964、54.085μm,内固定物的应力分别为306.745、231.844、73.047 MPa;对于1/4骨折固定模型,外侧钢板螺钉组、后侧钢板螺钉组、前后拉力螺钉组骨折块的位移分别为416.072、302.107、150.639μm,内固定的应力分别为306.673、208.467、73.607 MPa。1.5 k N轴向载荷下,各种固定方式下骨折块的位移和内固定物的应力都相应增加,数据的变化趋势同1 k N载荷情况相似。结论两种载荷下,不同骨折模型均显示前后拉力螺钉组的生物力学稳定性最具优势,后侧钢板螺钉亦可以获得相近的力学特性。在临床工作中,对于移位不明显的胫骨平台后外侧骨折,前后拉力螺钉固定方式可以作为首选。     

三种内固定方式固定胫骨平台后外侧骨折的生物力学研究

目的探讨胫骨平台后外侧骨折合理有效的内固定方式。方法制作成年男性尸体胫骨平台后外侧骨折模型12个,随机平均分为3组,分别使用前侧6.5 mm拉力螺钉、胫骨平台外侧L型4.5 mm解剖锁定钢板、后侧T型3.5 mm锁定钢板固定。对标本模型进行轴向加压250、500、750、1000 N,检测其轴向位移及应力。结果在相同应力下,前侧螺钉组轴向Y轴位移最小,分别与外侧钢板组和后侧钢板组存在显著差异,而外侧钢板组与后侧钢板组之间Y轴位移没有显著差异;前侧螺钉组在标识点的应力分布最为均衡。结论在胫骨平台后外侧骨折的固定中,前侧螺钉能够有效增加轴向稳定,骨折块周围应力分布均衡,是一种有效的力学固定方式,外侧钢板在横向的稳定性控制上具有一定优势,后侧钢板对于后方需要复位的平台骨折具有一定价值。     

过伸内翻型胫骨平台骨折新型钢板的设计及有限元分析

背景:目前尚无适用于前内侧平台的解剖型锁定钢板,因此通常采用胫骨平台内侧锁定钢板偏前放置来固定过伸内翻损伤导致的前内侧压缩骨折。由于锁定螺钉无法实现对骨折线的垂直固定,再加上髌韧带的影响,临床效果仍不尽人意。目的:通过有限元分析比较新型钢板与传统内固定方式治疗胫骨平台前内侧骨折的生物力学性能。方法:收集20例内翻型胫骨平台前内侧骨折的CT数据,并对其形态学特征,如前内侧胫骨平台后倾角、骨折面角度、骨折块表面积、高度和角度等进行测量。选择1位24岁、身高175 cm、体质量65 kg的男性志愿者,将其胫骨CT数据导入Mimics 21.0软件生成三维模型。在SolidWorks 2017软件中导入内固定模型,根据测量的形态学数据建立新型钢板、内侧锁定钢板、后内侧锁定钢板和6.5 mm拉力螺钉固定数据模型。使用Ansys17.0软件对4种固定模型进行应力加载,比较其生物力学性能。结果与结论:①随着轴向载荷的增加,不同内固定模型的应力峰值近似同比增大,500 N时应力峰值:螺钉组(6.9737 MPa)<新型钢板组(14.733 MPa)<内侧钢板组(16.445 MPa)<后内侧钢板组(25.199 MPa);②500 N时骨折块的应力峰值:螺钉组(3.6579 MPa)<新型钢板组(4.5108 MPa)<内侧钢板组(5.2259 MPa)<后内侧钢板组(6.1812 MPa);③随着轴向载荷的增加,骨折块和内固定位移也近似等比增大,位移分布特征无明显变化;500 N时钢板位移:新型钢板组(1.0307 mm)<内侧钢板组(1.503 mm)<螺钉组(2.0965 mm)<后内侧钢板组(2.2582 mm);500 N时骨折块位移:新型钢板组(0.2128 mm)<内侧钢板组(0.31154 mm)<螺钉组(0.42779 mm)<后内侧钢板组(0.45498mm);④提示在治疗过伸内翻型胫骨平台骨折时,新型钢板的稳定性和力学性能优于传统内固定方式。     

胫骨平台后外侧骨折3种内固定方式的有限元分析

背景：如今胫骨平台骨折的研究已由起初的内外侧“双轨道结构”逐步转型为“360°全方位立体结构”,国内外学者们更关注平台后侧结构的稳定性、复位情况以及对复位后功能恢复的影响。后侧平台的内固定材料的选择仍无明确定论,存在较大争议。目的：探讨胫骨平台后外侧骨折3种内固定方式的生物力学特性。方法：通过计算机三维有限元技术,模拟胫骨平台后外侧1/2和后外侧1/4骨折。分别使用前侧2枚6.5 mm拉力螺钉、外侧4.5 mm L型钢板以及后侧3.5 mm T型钢板置入内固定骨折块。在胫骨平台中心处加载500 N纵向应力,比较3种内固定方式的生物力学状态。结果与结论：在1/2骨块模型中,前侧拉力螺钉与后侧钢板在各个方向上的位移较小,外侧钢板的位移较其他两种固定方式大。而在1/4骨块模型中,前侧拉力螺钉在各方向的位移优势更明显,后侧钢板的位移居次,外侧钢板的位移最大。1/2骨块上,前侧拉力螺钉的最大应力为36.523 MPa,外侧钢板为153.372 MPa,后侧钢板为115.922 MPa;而在骨块上的最大应力前侧拉力螺钉模型为4.309 MPa,外侧钢板为4.37 MPa,后侧钢板为3.124 MPa。1/4骨块上前侧拉力螺钉的最大应力为36.803 MPa,外侧钢板为153.336 MPa,后侧钢板为104.234 MPa;而在骨块上的最大应力前侧拉力螺钉模型为1.195 MPa,外侧钢板为0.827 MPa,后侧钢板为1.196 MPa。提示前侧拉力螺钉能够承担更大的应力,并在受到应力后位移变化较小,可提供较稳定的支持。而后侧钢板在骨块较大(1/2骨块)时,能够提供较强的稳定性,与拉力螺钉相仿;而在骨块较小(1/4骨块)时,稳定性不如前侧拉力螺钉。外侧钢板在固定胫骨平台后外侧骨折时,稳定性较差,不如前侧拉力螺钉和后侧钢板。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程全文链接：     

三种固定方式修复胫骨平台后外侧骨折的生物力学比较

背景：胫骨平台后外侧骨折修复方案包括后侧钢板螺钉、外侧钢板螺钉和前后拉力螺钉内固定;选择何种内固定方法主要是靠医师的临床经验,研究结果也大多是临床报道,缺乏力学实验的依据。 目的：从生物力学角度比较外侧钢板螺钉组、后侧钢板螺钉组、前后拉力螺钉组3种固定方式修复胫骨平台后外侧骨折的生物力学变化。 方法：采用6具成年男性防腐尸体胫骨标本共12个进行干骺端骨密度测定。电动摆锯建立胫骨平台后外侧1/2骨折模型,模型随机分3组进行前后拉力螺钉固定、外侧钢板螺钉固定、后侧钢板螺钉固定。利用有限元法和生物力学方法在250,500,1 000 N的轴向载荷下测试骨折块的轴向位移值及最大位移值分布区。 结果与结论：3组标本干骺端平均骨密度差异无显著性意义(P > 0.05)。在轴向载荷为250 N时,有限元实验中骨折块的位移值,前后拉力螺钉组最小,为0.013 521 mm;后侧钢板螺钉组居中,为0.016 991 mm;外侧钢板螺钉组最大,为0.138 200 mm,在500,1 000 N时情况类似。实验生物力学结果显示,前后拉力螺钉组的位移值明显小于外侧钢板螺钉组和后侧拉力螺钉组(P < 0.05);后侧钢板螺钉组与外侧钢板螺钉组比较差异无显著性意义(P > 0.05),两种测试方法最大位移值分布区域都在近侧胫腓关节交界区。提示在生物力学稳定性方面,前后拉力螺钉组最具优势,外侧钢板螺钉组较差。临床可以考虑将前后拉力螺钉固定作为修复胫骨平台后外侧骨折的首选方案。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程全文链接：     

不同内固定物治疗胫骨平台后内侧骨折的生物力学分析

背景：胫骨平台后内侧骨折的治疗较困难,容易出现因骨折固定方式选择不当导致骨折再次移位、骨不连、内固定失效及关节功能活动障碍等并发症。 目的：分析3种胫骨平台后内侧骨折不同固定方法的生物力学效果。 方法：27具新鲜骨标本,制成胫骨平台后内侧骨折模型,分别制成正常组,双钢板固定组,T形钢板固定组,拉力螺钉固定组。对以上3组进行压力、载荷-位移、应力强度、刚度和旋转性能测试。 结果与结论：双钢板固定组载荷-位移显著小于T型钢板固定组和拉力螺钉固定组,双钢板固定组轴向刚度、水平剪切刚度及转矩扭角变化,均显著大于T型钢板固定组和拉力螺钉固定组。提示胫骨平台后内侧骨折双钢板固定较其他2种方法更具有生物力学上的稳定性。     

胫骨远端骨折三种内固定方式的有限元分析

背景：目前对比3种内固定技术治疗胫骨远端骨折生物力学特性差异的研究较少。目的：比较胫骨远端骨折经胫骨内侧锁定钢板、专家级髓内钉和逆行髓内钉固定后生物力学特性的差异。方法：基于SAWBONES第4代人工复合胫骨模型的CT数据,利用三维重建技术构建胫骨远端骨折数字模型(AO/ASIF 43-A3型),在此基础上模拟胫骨内侧锁定钢板、专家级髓内钉和逆行髓内钉3种内固定方式;采用轴向压缩及扭转2种载荷工况分别对3组植入装配体模型进行有限元分析,比较三者的应力分布、应力峰值及骨折间隙位移变化的差异。结果与结论：(1)3组内固定物加载2种载荷工况时,专家级髓内钉组在扭转工况下应力峰值在未锁定的主钉孔处,为283.53 MPa;胫骨内侧锁定钢板组在扭转工况下应力峰值位于第3颗螺钉上,为913.07 MPa;逆行髓内钉组在扭转工况下应力峰值在第2个主钉孔处,为435.42 MPa;逆行髓内钉组内踝处主钉孔的周围皮质骨应力峰值出现在较高的轴向压缩工况下,峰值为55.34 MPa;(2)在骨折间隙位移方面,加载轴向压缩载荷时,专家级髓内钉组4个区域的切向位移最高;胫骨内侧锁定钢板组4个区域的轴向位移最高,...     

新型跟骨外固定支架治疗Sanders ⅢAB型跟骨骨折的有限元分析

目的 应用有限元分析方法,比较一种新型外固定支架与钢板在治疗Sanders ⅢAB型跟骨骨折的应力分布及生物力学的稳定性。方法 获取一位正常成人踝及跟骨CT图像,应用软件构建跟骨Sanders ⅢAB型骨折模型及其外固定模型、钢板模型,经材料赋值及力学加载,记录各模型的骨折块位移情况,并分析其应力分布情况。结果 模型载荷加载后,钢板模型中,钢板及螺钉位移峰值为0.13 mm,跟骨骨块位移峰值为0.26 mm;钢板及螺钉应力峰值为281.10 MPa,跟骨骨块应力峰值为297.40 MPa。外固定模型中,外支架位移峰值为0.17 mm,跟骨骨块位移峰值为0.27 mm;外固定及克氏针应力峰值为125.40 MPa,跟骨骨块应力峰值为38.13 MPa。结论 该新型外固定支架在治疗Sanders ⅢAB型骨折时,固定牢靠、有效,能提供足够的生物力学稳定性,为跟骨骨折的治疗提供了新思路。     

水平带状钢板治疗胫骨平台后外侧象限骨折的生物力学研究

目的　比较胫骨平台后外侧象限骨折不同内固定方式的力学稳定性效果。 方法　采用Synbone人工合成胫骨18个,切割构建孤立的胫骨平台后外侧象限骨折模型,随机分为3组,分别采用外侧水平带状钢板固定、外侧低切迹解剖锁定钢板固定、后侧直形重建钢板固定。将固定好的骨折模型置于万能水压材料测试机进行测试,分别进行静态加载、疲劳测试和极限加载,检测骨块的相对空间位移。 结果　以10 mm/min加载至总载荷1050 N,重复加载10000次后,带状钢板组骨折块的纵向位移(2.77±1.79) mm,外侧锁定钢板组的纵向位移为(2.69±1.14) mm;后方重建钢板组骨折块的纵向位移为(1.62±0.60) mm,组间差异无统计学意义（P>0.05）。施加载荷到骨或内固定的结构破坏后,带状钢板组的极限支撑力为(2055±263) N,外侧锁定钢板组的为（1968±209）N,后方重建钢板组的极限支撑力为(2272±130) N,组间差异具有显著的统计学意义（P<0.05）。 结论　治疗孤立的胫骨平台后外侧象限骨折,侧方带状钢板水平固定能取得满意的效果。     

髓内钉与锁定钢板治疗肱骨近端骨折的有限元分析

背景：髓内钉及锁定钢板治疗肱骨近端骨折在临床中应用广泛，但其内固定方式选择尚未达成共识。目的：通过有限元分析比较髓内钉与锁定钢板治疗两部分及三部分肱骨近端骨折的生物力学稳定性。方法：收集1名志愿者肱骨CT数据，导入Minics 21.0、Geomagic Wrap、SoildWork 2017及Abaqus 2021中，建立两种内固定方式治疗两部分及三部分骨折的有限元模型，分别为A组(髓内钉固定两部分骨折)、B组(锁定钢板固定两部分骨折)、C组(髓内钉固定三部分骨折)、D组(锁定钢板固定三部分骨折)，对比分析肱骨及内固定物的应力分布、位移程度及其最大值。结果与结论：(1)A组模型中肱骨的最大应力及最大位移值最小，D组模型中肱骨的最大应力及最大位移值最大，锁定钢板组应力主要集中在肱骨头内侧下方及螺钉孔区域，而髓内钉组应力主要集中在骨折线周围及肱骨外科颈外侧下方区域，两者位移分布无明显差异，主要集中在肱骨远端；(2)A组模型中髓内钉的最大应力值最小，D组模型中锁定钢板的最大应力值最大，两种内固定的最大应力均主要集中在肱骨距螺钉及与内固定连接处，锁定钢板的应力云图分布集中，而髓内钉的应力云图...     

Biomechanical analysis of four different fixations for the posterolateral shearing tibial plateau fracture

The posterolateral shearing tibial plateau fracture is uncommon in the literature, however with the increased usage of computer tomography (CT), the incidence of these fractures is no longer as low as previously thought. Few studies have concentrated on this fracture, least of all using a biomechanical model. The purpose of this study was to compare and analyse the biomechanical characteristics of four different types of internal fixation to stabilise the posterolateral shearing tibial plateau fracture. Forty synthetic tibiae (Synbone, right) simulated the posterolateral shearing fracture models and these were randomly assigned into four groups; Group A was fixed with two anterolateral lag screws, Group B with an anteromedial Limited Contact Dynamic Compression Plate (LC-DCP), Group C with a lateral locking plate, and Group D with a posterolateral buttress plate. Vertical displacement of the posterolateral fragment was measured using three different strengths of axial loading force, and finally loaded until fixation failure. It was concluded that the posterolateral buttress plate is biomechanically the strongest fixation method for the posterolateral shearing tibial plateau fracture.     

髋臼前壁骨折模型的建立及不同内固定方式的生物力学稳定性比较

目的　建立髋臼前壁骨折模型,比较4种内固定方式的生物力学稳定性。 方法　选取20个防腐成人半骨盆标本,建立髋臼前壁骨折模型。将骨折模型随机分为4组,A组采用真骨盆上缘重建接骨板固定,B组采用真骨盆内缘重建接骨板固定,C组采用顺行拉力螺钉固定,D组采用逆行拉力螺钉固定。对各组标本进行轴向压缩实验,测量骨折断端水平位移,计算剪切刚度,比较4组不同内固定方式的稳定性。 结果　相同加载载荷下,骨折断端水平位移：A组>B组>C组>D组,内固定剪切刚度：D组>C组>B组>A组。载荷为400 N时各组水平位移及内固定剪切刚度差异均无统计学意义（P>0.05）,载荷为800 N至2000 N时,除C组与D组间水平位移及内固定剪切刚度差异无统计学意义外（P>0.05）,其余各组间比较差异均有统计学意义（P<0.05）。 结论　髋臼前壁骨折模型可用于髋臼前壁骨折的生物力学分析,采用拉力螺钉固定髋臼前壁骨折的稳定性高于重建接骨板固定方式,其中顺行拉力螺钉固定与逆行拉力螺钉固定的稳定性相似。     

不同运动步态下锁定加压钢板固定胫骨干骨折的有限元分析

背景：目前有限元分析广泛应用于人体骨折内固定模型的力学分析,但大多研究局限于静态下,动态下的骨折模型有限元分析尚未见报道。 目的：通过三维有限元分析来探讨锁定加压钢板固定胫骨干不同类型骨折在不同运动步态下的应力分布情况。 方法：利用CT扫描获得正常成人胫腓骨及足部的薄层扫描图像;运用相关软件建立其三维模型,在此模型上模拟出胫骨中段横行、斜行、粉碎性、螺旋形4种类型骨折,并与锁定钢板进行装配生成实验模型,各组模型加载相同的轴向压缩载荷600 N。通过有限元分析软件Ansys 12.0分别测定各组模型在落地相、中立相、离地相三种步态下的应力分布情况。 结果与结论：在步态下,胫骨在骨折各组中的应力分布由小到大均为：落地相<中立相<离地相。锁定钢板在胫骨中段横行、斜行、粉碎性骨折中的应力分布由小到大均为：中立相<落地相<离地相;在胫骨中段螺旋形骨折中应力分布由小到大为：离地相<中立相<落地相;提示在运动步态中,钢板和胫骨均在离地相受力最大。钢板的应力集中在中间或边缘;而胫骨的应力分布在骨折线以上靠近近端,骨折线以下靠近骨折线。就胫骨整体而言,呈现两端集中,中间分散的状态。     

后踝关节骨折不同内固定方式的生物力学性能对比

背景：临床对后踝关节骨折患者进行治疗的过程中,可以使用不同的固定物进行内固定治疗,但不同的内固定治疗方式会产生不同的生物力学效果。 目的：比较分析后踝关节骨折行微型钢板内固定以及拉力螺钉内固定治疗的生物力学性能。 方法：回顾性分析95例后踝关节骨折患者的临床资料,均接受内固定治疗,按照内固定方法分为微型钢板组48例和拉力螺钉组47例。 结果与结论：对两组的固定效果进行三维有限元模型模拟和分析,经分析发现,在后踝关节骨折块波及到胫骨远端关节面25%以上的情况下,在内固定失效平均压力方面,拉力螺钉组显著小于微型钢板组(P < 0.05);而当后踝关节骨折块波及到胫骨远端关节面25%以下的情况下,在内固定失效平均压力方面,拉力螺钉组显著大于微型钢板组(P < 0.05)。拉力螺钉组的踝关节内固定优良率显著高于微型钢板组(P < 0.05)。两组治疗过程中均未出现任何内固定材料相关不良事件。结果表明,临床对后踝关节骨折的患者进行内固定治疗的过程中,予以拉力螺钉内固定可以获得较之微型钢板内固定更好的临床效果,但在后踝关节骨折块波及到胫骨远端关节面25%以上的情况下,更合适使用微型钢板进行内固定治疗。  中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程     

锁定加压钢板置入内固定治疗胫骨骨折的力学分析

背景：锁定加压钢板结合了传统钢板和支架原理,即头部有锁定螺纹的螺钉和钢板锁钉孔构成的内固定支架锁定单元,又有传统螺钉和动力加压孔构成的内固定支架加压单元,在骨折的内固定治疗方面具有很多优势。 目的：分析锁定加压钢板置入内固定治疗胫骨骨折的生物力学特点,以及在胫骨骨折治疗中的疗效。 方法：锁定加压钢板是依靠钢板与螺钉的成角稳定性和螺钉与骨之间的把持力来实现骨折内固定的。骨髓腔细小时应避免螺钉尖端损伤近端皮质的骨螺纹,应更换为双皮质自攻螺钉至少在对侧骨皮质获得把持力。骨质疏松植入螺钉,由于单皮质骨螺钉产生的工作长度减少,在所有骨折块均使用双皮质自攻螺钉,以提高螺钉工作长度。当长骨轴线与钢板对线不良时,要么打入长自攻螺钉,要么改变角度打入标准螺钉。锁定加压钢板应选择适宜的长度,钢板的长度取决钢板跨越比和钢板螺钉密度,钢板与螺钉间的应力还受螺钉数量和位置的影响。 结果与结论：锁定加压钢板置入内固定可应用于骨干或干骺端的简单骨折、粉碎性骨折、关节内及关节周围骨折、骨折延迟愈合、闭合或开放截骨术和不适合髓内钉固定的骨干骨折,对于骨质疏松骨折和假体周围骨折的内固定有很好的成角稳定性和把持力。锁定加压钢板置入内固定治疗胫骨骨干骨折均取得满意的疗效,符合生物力学固定原理。需要术者熟练掌握锁定加压钢板的内固定技术,避免由于失误导致内固定的失败。     

锁定加压钢板与解剖钢板置入内固定治疗复杂胫骨平台骨折

背景：对于治疗复杂胫骨平台骨折,锁定钢板与普通钢板均可应用。 目的：比较锁定钢板与普通解剖型钢板置入内固定治疗复杂胫骨平台骨折疗效的差异。 方法：2007年6月至2010年6月应用胫骨近端钢板治疗复杂胫骨平台骨折118例,其中锁定加压钢板46例,解剖钢板72例。比较两种钢板置入内固定治疗复杂胫骨平台骨折的愈合时间及膝关节功能恢复情况。 结果与结论：所有胫骨平台骨折均愈合,骨折愈合时间为10-25周,锁定钢板组平均14周,解剖钢板组平均16周;两组差异有显著性意义(P < 0.01)。两组内固定后各有2例因开放性骨折切口感染,运用抗生素及伤口换药后愈合,1例出现筋膜间室综合征(解剖钢板组,内固定后),经切开减压后渐愈。解剖钢板组出现轻度膝内翻2例,锁定钢板组出现轻度膝内翻1例。按Karlstrom评估标准,锁定钢板组优良率为93%,解剖钢板组优良率为79%,锁定钢板组疗效优良率明显优于解剖钢板组(P < 0.05)。可见对于治疗复杂胫骨平台骨折,锁定钢板比普通钢板有更多优势。